而其中要使得生产能够顺利进行,并能够产出合格的产物,一个最重要的关键要素就是要将阳极上生成的和阴极上生成的以及分隔开,防止这些产物因为混合而发生反应而发生爆炸或产生次氯酸钠。为了解决这个问题,在19世纪末产生了两种手段:一种是用多孔性隔膜,对应的便是隔膜法;另一种则是使用钠汞齐,对应的便是水银法。到了20世纪70年代末,使用离子交换膜来解决以上问题的离子膜法开始工业化并在随后得到了迅速的发展并渐渐成为了氯碱工业的主流。论文网

(1) 隔膜法

电解时在阴阳两级之间设置多孔性隔膜,把阴阳极产物隔开,这种方法被称为隔膜法。而多孔性隔膜在能保证离子的迁移和电流的通过的同时,可以阻止氢氧根离子向阳极扩散,防止阴阳两极的产物混合。中国第一家隔膜电解工厂是上海天元电化厂(是现在上海天元化工厂的前身),于1930年正式投产,也是中国第一家氯碱生产企业。隔膜法曾经是我国生产烧碱的主要方式,至今在我国氯碱工业生产中还占有一定比例。

隔膜法对盐水质量要求较低,不需要加装二次盐水精制装置。但是,隔膜法的能耗较高,并且生产出的氢氧化钠、氯气和氢气纯度较低。尤其是生产出的氢氧化钠水溶液不仅质量分数很低,并含有大量盐分,没有办法直接用于例如合成纤维部门等对烧碱质量有较高要求的地方。且隔膜中的石棉也有一定的污染。因此,隔膜法在国内已被渐渐替代。

(2) 水银法

水银法的主要设备电解槽是由电解室和解汞室组成,特点则为用汞作为阴极,得电子生成液态的钠汞合金。而在解汞室中,钠汞合金与水作用反应生成氢氧化钠和氢气,而汞则又会流回电解室循环使用。主要原理为:

因为西班牙产汞,所以在欧洲使用水银法较多。而日本在70年代以前也主要使用水银法。我国第一家水银法氯碱电解厂为锦西化工厂,于1952年投产。

水银法虽然能耗比隔膜法还要稍高,但所生产出的产品纯度高,质量好,甚至优于离子膜法生产出的产物。比如可以生产含量达到50%的烧碱溶液,含NaCl低于5ppm,不需要蒸发装置,可以直接用于化学纤维工业。但是,此法最大的问题是汞会对环境造成比较严重的污染,威胁到水生生物和居民的安全。例如日本的“水俣病事件”就是由于当地居民长期食用因沿岸化工厂排污而汞污染的鱼虾而患病甚至死亡。因此,日本从70年代开始将水银法逐步转成隔膜法和离子膜法。其他国家和地区的氯碱生产企业也逐步跟进,淘汰水银生产法。目前,还有少量的水银法电解生产装置,主要存在于欧洲。

(3) 离子膜法

离子膜法于20世纪70年代开始工业化,是以离子交换树脂为基础发展起来的。此法使用阳离子交换膜将阴极室和阳极室分隔开。交换膜允许Na+离子通过,阻止Cl-和OH-的通过,从而使电解产品分开。

此法目前是氯碱生产的主流。我国于20世纪90年代引进该法,并在此后在技术和设备方面逐渐提高国产化率。离子膜法具有投资省、产物质量好纯度高、能耗低、生产成本低、污染低(不使用石棉和水银,离子膜化学性能稳定)等优点。但是,此法一方面对盐水质量要求较高,需要加装盐水二次精制装置。并且,因为我国目前还没有对离子交换膜完全国产化,所以这方面需要的投入比较大,并且如果损坏,维修比较麻烦[[[] 刘红, 熊丽萍, 章家立等。 我国氯碱工业的发展概况[J]。 华东交通大学学报, 2002, 19(4): 76-79。]]。

1。2。3 氯碱工业现状及发展趋势

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